CN104362490A - 电机碳刷用二硫化钨复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种电机碳刷用二硫化钨复合材料的制备方法，本发明将碳化硅、钨粉配成悬浊液，加入分散剂，控制pH值，将稀土催化剂和硫加入到尿素和无水乙醇配制的先驱体溶液，用超声波混合并陈化后烘干，得到混合粉末；经配料后在氩气保护下，在温度为230 oC～850 oC之间进行高温烧结反应，再经磨料和振动筛分级，得到电机碳刷用二硫化钨复合材料。本发明可提高碳刷运行质量，增加碳刷与换向器的使用寿命，并且可以抑制噪声的产生。同时可简化后续碳刷制备工艺，大幅提高碳刷制备效率。

Description

电机碳刷用二硫化钨复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新材料领域的电碳用二硫化钨复合材料的制备方法。
背景技术
复合材料作为新的技术具有节约成本，提高产品性能，提升效率等特点。二硫化钨是一种重要的摩擦材料，它的物理化学性能以及其应用试验的结果表明，它不仅可以用于一般润滑条件下，而且可以用于一定的高温、低温、高负荷、高真空、有辐射线以及有腐蚀介质等苛刻的工作环境中，它可以以粉末状态被单独使用，也可以与润滑油、润滑脂以及石墨、金属粉、塑料等物资混合制成复合材料。二硫化钨复合材料是一种非常优良的新兴减磨节能材料，其性能大大优于传统的石墨和二硫化钼，它的理化性能十分优异，被誉为新“润滑之王”，它的摩擦系数仅为0.03，干摩擦性能比其它材料都好，它能在高温高压下使用。在大气中，二硫化钨的工作温度范围：-270oC～650 oC；在真空中，它的温度范围：-188 oC ～1316oC。
     碳刷用摩擦材料通常由石墨、金属粉、二硫化钼和二硫化钨组成。碳刷是电动机或发电机或其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，是使用在马达上的机能部件。碳刷使用范围很广泛，汽车、电动工具、家电、微型马达及大型电气设备等都大量使用。碳刷如果长时间工作，就会在换向器表面形成厚的碳皮膜，这种碳皮膜如果部分发生剥离，就会在剥离部分产生大的电流，进而产生电火花，会在碳刷表面产生凹凸不平，如果电流过大也会造成换向器表面的损坏。因此，需向碳刷中加入碳化硅粉末等磨削剂，这样就可以使碳刷工作时在换向器表面形成的碳皮膜被碳化硅削除，但是，由于碳化硅粉末硬度很大，常常因颗粒太大或絮凝导致分散不均匀，随着碳刷长时间滑动就会将换向器表面研削，损坏换向器表面，从而降低电机工作效率，并且还会导致噪声。而且，在碳刷生产过程中，一般是将固体润滑剂二硫化钨与磨削剂碳化硅与石墨等碳刷原料直接混合，但固体润滑剂二硫化钨与磨削剂碳化硅经常因混合不均匀，导致碳刷工作时，固体润滑剂在换向器表面形成碳皮膜不能稳定均匀的被磨削剂消除，造成换向器表面不平整，导致局部电流过大，影响碳刷和换向器寿命，造成电机工作不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备电机碳刷用的二硫化钨复合材料的制备方法。具体制备过程如下：
A 配料
按硫、钨、碳化硅、稀土催化剂分别按工艺计算称重，硫的重量与钨粉重量的比例在34～100%，碳化硅的重量与钨粉重量的比例在0.5%～30%，稀土催化剂的重量与钨粉重量的比例在0.05%～0.5%；
B前处理
（1）将碳化硅配成5-8g/L的碳化物悬浊液，钨粉配为20-30g/L的悬浊液，加入悬浊液总量0.5-1.5%的尿素或OP乳化剂做分散剂，加氨水控制pH值大于8，在温度为25～65℃、常压条件下将二者混合搅拌处理0.5～2小时，使钨包覆在碳化硅表面；
（2）将尿素和无水乙醇按1：（3～5）配制先驱体溶液，再加入稀土催化剂和硫，在常温下搅拌10-20分钟；
（3）将（1）和（2）进行超声波混合，超声波功率为30W～50W，频率为15～20kHZ，陈化1～2小时后进行真空抽滤，将抽滤后的混合物放入充满氩气的烘箱中进行烘干，温度控制在70～102℃，烘干时间为 10 ～100 分钟，得到分布均匀的混合粉末；
C反应炉反应
将混合粉末配料装舟，氩气保护下，在温度为230 oC ～850 oC之间进行高温烧结反应，反应时间在5 ～24小时。
D 磨料
将冷却后的反应物进行粉碎磨料，直到粒径小于100微米。
E振动筛分级
将磨料好的产品按粒径大小进行振动筛分，得到二硫化钨复合材料。用该二硫化钨复合材料制备碳刷，碳刷中二硫化钨复合材料的质量百分含量占碳刷总重量的0.5～10%。
钨粉和硫磺充分反应生成二硫化钨，反应过程中，稀土催化剂促进纳米晶和微晶二硫化钨在高温下渗透于碳化硅的晶格中，还有大量微晶二硫化钨吸附在碳化硅表面，形成二硫化钨对碳化硅的渗透和包覆，生成电机电碳专用二硫化钨-碳化硅复合材料，该复合材料将二硫化钨的润滑性能和碳化硅的硬质磨削性能进行能有机结合。当碳化硅在换向器表面工作时，吸附在碳化硅表面和渗透于内部的二硫化钨可以起到润滑作用，减少对换向器表面的刮伤和损坏。
用该复合材料制备的电机碳刷，在换向器表面上能充分发挥二硫化钨的润滑性和碳化硅的涂层调节功能，换向器表面就不会因碳化硅的分布不均匀和质硬而损坏，同时，稳定了换向性能，换向电流会更平稳，电刷温度也不会因电流突变而温度突升，进而烧坏换向器。该发明使电机工作稳定性和整流特性更好，效率更高，碳刷摩擦损耗率更小。可提高碳刷运行质量，增加碳刷与换向器的使用寿命，并且可以抑制噪声的产生。同时可简化后续碳刷制备工艺，大幅提高碳刷制备效率。
本发明使电机工作稳定性和整流特性更好、电机工作效率更高，碳刷及换向器摩擦损耗率更小，寿命更长，并且可以抑制噪声的产生。同时可简化后续碳刷制备工艺，大幅提高碳刷制备效率，
 具体实施方式
实施例1
A 配料
按硫、钨、碳化硅、稀土催化剂分别按工艺计算称重，硫的重量与钨粉重量的比例在35%，碳化硅的重量与钨粉重量的比例在1%，稀土催化剂铼（Re）的重量与钨粉重量的比为0.1%；
B前处理
（1）将碳化硅配成5g/L的碳化物悬浊液，钨粉配为20g/L的悬浊液，加入悬浊液总量0.5%的尿素做分散剂，加氨水控制pH值为8.5，在温度为25～35℃、常压条件下将二者混合搅拌处理2小时，使钨包覆在碳化硅表面；
（2）将尿素和无水乙醇按1：3配制先驱体溶液，再加入稀土催化剂和硫，在常温下搅拌20分钟；
（3）将（1）和（2）进行超声波混合，超声波功率为30W，频率为15kHZ，混合并陈化1小时后进行真空抽滤，将抽滤后的混合物放入充满氩气的烘箱中进行烘干，温度控制在85～102℃，烘干时间为80 分钟，得到分布均匀的混合粉末；
C反应炉反应
将混合粉末配料装舟，氩气保护下，在温度为250 oC进行高温烧结反应，反应时间在6小时。
D 磨料
将冷却后的反应物进行粉碎磨料，直到粒径小于100微米。
E振动筛分级
将磨料好的产品按粒径大小进行振动筛分，得到二硫化钨复合材料。
实施例2
A 配料
按硫、钨、碳化硅、稀土催化剂分别按工艺计算称重，硫的重量与钨粉重量的比例在70%，碳化硅的重量与钨粉重量的比例在10%，稀土催化剂铑（Rh）的重量与钨粉重量的比例在0.2%，稀土催化剂Pt(铂)的重量与钨粉重量的比例在0.1%；
B前处理
（1）将碳化硅配成7g/L的碳化物悬浊液，钨粉配为25g/L的悬浊液，加入悬浊液总量1.5%的尿素做分散剂，加氨水控制pH值为9，在温度为45℃、常压条件下将二者混合搅拌处理1.5小时，使钨包覆在碳化硅表面；
（2）将尿素和无水乙醇按1：4配制先驱体溶液，再加入稀土催化剂和硫，在常温下搅拌10分钟；
（3）将（1）和（2）进行超声波混合，超声波功率为40W，频率为20kHZ，陈化2小时后进行真空抽滤，将抽滤后的混合物放入充满氩气的烘箱中进行烘干，温度控制在70～102℃，烘干时间为 10 ～100 分钟，得到分布均匀的混合粉末；
C反应炉反应
将配料装舟，氩气保护下，在温度为550 oC进行高温烧结反应，反应时间在12小时。
D 磨料
将冷却后的反应物进行粉碎磨料，直到粒径小于100微米。
E振动筛分级
将磨料好的产品按粒径大小进行振动筛分，得到二硫化钨复合材料。
实施例3
A 配料
按硫、钨、碳化硅、稀土催化剂分别按工艺计算称重，硫的重量与钨粉重量的比例在90%，碳化硅的重量与钨粉重量的比例在20%，稀土催化剂COS的重量与钨粉重量的比例在0.45%，硫、钨、碳化硅、Co催化剂进行配料；
B前处理
（1）将碳化硅配成8g/L的碳化物悬浊液，钨粉配为30g/L的悬浊液，加入悬浊液总量1%的OP乳化剂做分散剂，加氨水控制pH值为9.5，在温度为25～65℃、常压条件下将二者混合搅拌处理0.5～2小时，使钨包覆在碳化硅表面；
（2）将尿素和无水乙醇按1：5配制先驱体溶液，再加入稀土催化剂和硫，在常温下搅拌15分钟；
（3）将（1）和（2）进行超声波混合，超声波功率为50W，频率为16kHZ，并陈化2小时后进行真空抽滤，将抽滤后的混合物放入充满氩气的烘箱中进行烘干，温度控制在100℃，烘干时间为100 分钟，得到分布均匀的混合粉末；
C反应炉反应
将混合粉末装舟，氩气保护下，在温度为750 oC之间进行高温烧结反应，反应时间在18小时。
D磨料
将冷却后的反应物进行粉碎磨料，直到粒径小于100微米。
E振动筛分级
将磨料好的产品按粒径大小进行振动筛分，得到二硫化钨复合材料。

Claims (1)

1. 一种电机碳刷用二硫化钨复合材料的制备方法，其特征在于制备过程如下：
A 配料
按硫、钨、碳化硅、稀土催化剂分别按工艺计算称重，硫的重量与钨粉重量的比例在34～100%，碳化硅的重量与钨粉重量的比例在0.5%～30%，稀土催化剂的重量与钨粉重量的比例在0.05%～0.5%；
B前处理
（1）将碳化硅配成5-8g/L的碳化物悬浊液，钨粉配为20-30g/L的悬浊液，加入悬浊液总量0.5-1.5%的尿素或OP乳化剂做分散剂，控制pH值大于8，在温度为25～65℃、常压条件下将二者混合搅拌处理0.5～2小时，使钨包覆在碳化硅表面；
（2）将尿素和无水乙醇按1：（3～5）配制先驱体溶液，再加入稀土催化剂和硫，在常温下搅拌10-20分钟；
（3）将（1）和（2）进行超声波混合，超声波功率为30W～50W，频率为15～20kHZ，混合并陈化1～2小时后进行真空抽滤，将抽滤后的混合物放入充满氩气的烘箱中进行烘干，温度控制在70～102℃，烘干时间为 10 ～100 分钟，得到分布均匀的混合粉末；
C反应炉反应
将混合粉末装舟，氩气保护下，在温度为230 oC ～850 oC之间进行高温烧结反应，反应时间在5～24小时；
D 磨料
将冷却后的反应物进行粉碎磨料，直到粒径小于100微米；
E振动筛分级
将磨料好的产品按粒径大小进行振动筛分，得到二硫化钨复合材料。
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